开放式计算机监控网络在珊溪水利工程中的应用

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开放式计算机监控网络在珊溪水利工程中的应用
潘三林1 吴正义2
（1赵山渡水力发电厂，浙江省瑞安市 325211）
（2 国电自动化研究院，江苏省南京市 210003）

摘要 珊溪水利枢纽工程地质条件复杂，光纤线路较长，自动化元器件分布较广，需要解决的技术问题很多，通过分析认为网络和厂级计算机监控系统的可靠性是实现远方控制的难点和重点，决定了整个枢纽计算机控制系统的运行可靠性。最终决定三地网络建设成为环网，计算机监控系统采用全分布开放式系统。
关键词 全分布开放式监控系统；开放式计算机监控网络；温控中心；赵山渡电厂；珊溪电厂；渠系管理控制中心

0 工程概况

浙江珊溪水利枢纽工程是全国重点工程，它包括珊溪水力发电厂、温州赵山渡水力发电厂、温州引水渠系管理处。珊溪水力发电厂位于温州飞云江干流上游，装机容量为20万千瓦，年发电量3.55亿千瓦时，它以发电为主，具有防洪、灌溉功能，在华东电网具有调频、调峰的功能；温州赵山渡水力发电厂位于飞云江干流中游，装机容量2万千瓦，年发电量5140万千瓦时，它是一个以供水、灌溉为主结合发电综合利用的大（2）型水利工程；引水渠系每年可供水量13.4亿方，直接受益人口300万人，灌溉面积100万亩。
温州管理控制中心（下称“温控中心”）由计算机网络系统、电厂计算机监控系统、引水渠系监控系统、MIS系统、水情测报系统、工业电视系统、程控交换机系统、光纤通信系统、不停电电源系统和综合布线系统组成。温控中心承担着飞云江流域的珊溪电厂和赵山渡电厂及引水渠系的生产运行管理。

1 监控系统设计原则和基本要求

1.1 根据电力部计算机监控系统应用规划和浙江省电力公司要求，并且结合电厂的实际情况，按照全厂综合自动化以计算机监控为主，常规控制为辅的原则进行总体设计和系统配置。电厂今后逐步向少人值班过渡，最终达到无人值班。
1.2 系统应高度可靠，并且有足够的冗余配置，计算机系统的局部故障不会影响现场设备的正常运行，各电厂能够脱离监控中心独立运行。监控系统主机故障时，可手动控制发电机组继续运行。
1.3 要符合国内外水电厂计算机监控系统的发展，具有先进性和向上兼容性。软件应采用模块化、结构化的设计，使其可扩性好，能适应功能的增加和规模的扩充。
1.4 要符合《水力发电厂计算机监控系统设计规定》和《水电厂计算机监控系统设备基本技术条件》。
1.5 监控系统总体结构简单，经济实用。

2 计算机网络系统

温控中心、珊溪电厂和赵山渡电厂三地通过主干网络交换机和光纤通信设备组成企业内部网，企业内部网承担着温控中心与珊溪电厂和赵山渡电厂间高速数据(电厂计算机监控、引水渠系监控、水情测报等信息)、低速数据(MIS信息)、视频(工业电视)信息、音频(行政、调度电话)的综合处理和交换。
主干网络交换机提供交换式虚拟网络，实现高可靠的局域网仿真服务。温控中心、珊溪电厂和赵山渡电厂三地的网络管理，按职能和功能将企业内部网划分为二级网络，一级网即主干网由主干交换机构成，二级网即工作组网为各系统子网，温控中心计算机监控子网、电厂计算机监控子网、引水渠系监控子网、水情测报子网、工业电视子网等，子网内高速交换，子网之间的访问受到管理。根据国家电力监管委员会《电力二次系统安全防护规定》，电力系统生产网络必须与管理网络分离，因此，工业电视子网、MIS系统子网通过电力系统光纤传输设备组网。
网络采用开放式环境下全分布计算机网络系统，以保证系统中选用不同计算机时的互操作性，系统扩展和设备更新时的可移植性。开放式环境应包括开发环境、用户接口环境和系统互连环境，并符合国际开放系统组织推荐的开放环境规范。
温控中心、珊溪电厂和赵山渡电厂三地通过光纤环网连接(详见“光纤环网地理连接图”)以满足与珊溪电厂和赵山渡电厂间数据、视频、音频信息交换。主通道采用4芯单模光缆组成的交换式以太网，备用通道采用系统内各变电站或电力局光纤设备转接。详见“珊溪流域计算机网络结构图”。

2.1 主通道结构
企业内部网主用通道为光纤环网，通过直通光纤、光纤中继器和主干交换机，将温控中心、珊溪电厂 、赵山渡电厂三地计算机监控子网、引水渠系监控子网连接，为数据传输提供主用通道。引水渠系监控子网通过赵山渡电厂工作组交换机接入主干网。因温控中心与珊溪电厂、赵山渡电厂相距较远，根据实际情况，分别在500Kv温州变、飞云变、垂扬变配置单模光纤中继器。
主干网上行通过主干交换机上1000Base-FX接口接两个不同路由方向的光纤通道，下行通过主干交换机上100Base-TX接口与各子系统工作组级交换机和网络管理工作站相连。网络采用交换式以太网技术，主干网网络拓扑结构为环形，工作组网网络拓扑结构为星形，网络高层协议采用TCP/IP协议，符合IEEE802.3、IEEE802.1q等标准。主干交换机具有路由选择功能，配有4口光纤模块与4芯单模光缆环网连接。

2.2 备用通道结构

企业内部网备用通道为SDH光纤传输网，通过电力系统SDH和PCM设备，将温控中心、珊溪电厂 、赵山渡电厂三地计算机监控子网、引水渠系监控子网、水情测报子网、工业电视子网、MIS系统子网、程控交换子网连接，为数据、视频和音频信息提供备用通道。
电厂计算机监控交换机通过路由器和规约转换器接入光纤通信设备2Mbps口，引水渠系监控子网通过赵山渡电厂工作组交换机接入SDH光纤网，水情测报交换机通过路由器和转换器接入光纤通信设备64kbps数据口，工业电视服务器经转换后接入通信设备2Mbps口，程控交换机以环路中继与光纤设备的二线接口相连。

2.3各子系统与网络间的相关连接

珊溪电厂计算机监控系统采用互为冗余的双星形以太网络结构。赵山渡电厂计算机监控系统采用单星形以太网络结构。主用通道为工作组级交换机通过100Base-TX接口与主干交换机相连；备用通道为工作组级交换机通过100M链路与路由器相连，经规约转换器接入SDH光纤设备2M口。
引水渠系监控系统采用单星形以太网络结构。主用通道为引水控制管理中心的渠系工作组级交换机通过赵山渡电厂工作组交换机与主干交换机相连；备用通道为渠系工作组级交换机通过赵山渡电厂工作组交换机与路由器相连，经规约转换器接入SDH光纤设备所接PCM的64kbit/s数据口。
水情测报系统采用星形以太网络结构，主用通道为水情测报中心的水情测报交换机通过100Base-TX接口与主干交换机相连，备用通道为水情测报交换机通过100M链路与路由器相连，经规约转换器接入SDH光纤设备所接PCM的64kbit/s数据口。　
电厂监控通信工作站、引水渠系通信工作站、水情测报服务器通过串口与MIS通信工作站通信，向MIS系统提供实时信息查询所需要的数据。
电厂、引水渠系工业电视服务器通过100M链路与转换器相连，接入SDH光纤设备提供的2M口。
温控中心通信网络设备间配有一套全数字程控交换机，提供数字中继接口、环路中继接口和用户接口与珊溪电厂和赵山渡电厂数字程控交换机组网，通道由SDH光纤设备提供，以实现三地调度和行政电话交换。

3 温控中心电厂计算机监控系统

3.1 概况
温控中心电厂计算机监控系统的监控对象为珊溪、赵山渡电厂。两电厂均按“无人值班、少人值守”原则设计，并建立了电站的计算机监控系统。
温控中心通过企业内部网实现与珊溪、赵山渡电厂计算机监控系统的联网，同时实现与两电厂工业电视系统、程控交换系统的联网，完成对两电厂“遥测、遥信、遥视、遥调、遥控”的“五遥”功能。
温控中心电厂计算机监控系统为南京南瑞自动控制有限公司自主研制的NC2000监控系统，该系统为开放式环境下全分布计算机监控系统，以保证系统中选用不同计算机时的互操作性，系统扩展和设备更新时的可移植性。开放式环境应包括应用开发环境、用户接口环境和系统互连环境，并符合国际开放系统组织推荐的开放环境规范。

3.2计算机监控系统结构

温控中心－珊溪－赵山渡计算机监控系统采用按控制对象分布的分层分布式系统结构，全系统由中心级（即中心计算机监控系统）、电厂控制级、单元控制级构成。见“梯级电站计算机监控系统图”。
3.2.1 传输通道
温控中心－珊溪－赵山渡计算机监控系统的信息传输通道采用主、备用通道互为冗余的方式。主用通道为快速交换式以太网，备用通道为SDH光纤传输网。
3.2.2 中心级
中心级由位于温控中心的电厂计算机监控系统组成，承担对珊溪、赵山渡电厂实时信息的采集与监控、调度及转发省调、区调分别对珊溪、赵山渡电厂的调度命令。
3.2.3电厂控制级和单元控制级
珊溪电厂控制级由位于珊溪电厂的监控系统上位机组成，赵山渡电厂控制级由位于赵山渡电厂的监控系统上位机组成。电厂控制级负责电厂的实时监控、接受中心级和省调、区调的调度命令。单元控制级由现地PLC和工控机构成（赵山渡电厂无工控机），主要负责相关控制单元的数据采集与处理和监控。

3.3 温控中心电厂计算机监控系统功能[4]
温控中心电厂计算机监控系统，具有珊溪电厂、赵山渡电厂两个电厂计算机监控系统上位机(即电厂控制级)的所有功能。中心级将根据上级调度(针对珊溪电厂是省调，针对赵山渡电厂是区调)的命令、水情等条件和电厂的实时工况，按照经济和安全准则，制定被控电厂的运行计划，实施对电厂的监控。中心级应具有数据采集与处理、监视与控制、记录、报告、数据通信、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充、运行管理和操作指导等功能，并将被控电站的有关信息送至上级调度。由于监控系统的分布式体系结构，使单元控制级实时采集的现场的所有数据信息可同时上送电站控制级和中心级，使中心级主机上的信息与电站控制级主机上的信息保持一致。

4 温控中心引水渠系监控系统
赵山渡引水工程输水渠系贯穿瑞安市西南部，渠首进水闸在赵山渡大坝泄洪闸上游400m处，输水渠系全长约63Km，分为总干渠、南干渠、北干渠、温州分洪分渠、瑞北分渠。沿渠设置20个节制闸、退水闸、分水闸来控制输水量。当进水闸开启或关闭时，各个节制闸相应开启或关闭。输水渠系所有水量的分配调度由温控中心渠系分控中心直接操作闸门，工业电视通过其子网直接与温控中心联网，语音信息通过赵山渡电厂程控交换机经SDH光纤网与中心程控交换机连接，完成中心对引水渠系“遥测、遥信、遥视、遥调、遥控”的“五遥”功能。

5 系统运行情况及所产生的效益

珊溪水利枢纽控制中心计算机监控系统的投运，使运行管理、安全监测、自动控制全面实现了计算机化；在珊溪水利枢纽的安全运行、节能增发、减轻运行人员的劳动强度、提高电厂的自动化运行水平等方面均取得了良好效果。
5.1 实现了电厂运行“无人值班”(少人值守)，提高了电厂运行的自动化管理水平，减轻了运行人员的劳动。
5.2增强了运行设备操作的安全可靠性。系统对运行设备的每一项操作均实行严格的安全条件检查和安全分析判断，在操作控制流程中严密把关，从而防止了由于各种因素引起的误操作，增强了运行设备操作的安全可靠性。
5.3系统中AGC经济运行功能的投运，为电厂的节能增发、电厂经济效益和电网电能质量的提高起到了积极作用。
5.4采用全分布开放式数据库，系统运行可靠性高、网络通信速度快。实行双光纤以太网的主备用，提高了数据传输的可靠性。网络采用开放式环境下全分布计算机网络系统，保证了系统中选用不同计算机时的互操作性，系统扩展和设备更新时可移植性，提高网络系统的可靠性。
5.5 实现了AGC遥调。系统中的厂站级主机可与电网调度计算机系统进行远程通信，将温控中心的所有遥测、遥信量上送网调计算机主站，并可接收网调的AGC遥调指令和AGC遥调给定值，实现网调对电厂的AGC遥调或遥控。
5.6实现了渠系对水量的经济控制，有效的节约了水量，实现了珊溪电厂、赵山渡电厂、引水渠系三者之间的联合调度，使来水与用水之间达到一个动态平衡，使水的利用效率达到了一个经济的状态，大大提高了珊溪水利枢纽的经济效益和社会效益。
5.7 事故处理安全可靠，快速准确。

6 结束语

开放式计算机监控网络在珊溪水利工程中的应用经验证明，在梯级电厂采用全分布式计算机监控系统，将全面提高自动化运行水平和管理水平，提高劳动生产率和经济效益，促进节能增发，也有助于提高电网的自动化运行水平和经济运行水平。全分布开放式计算机监控系统将是水电厂计算机监控系统的发展方向。

参考文献：
1 玉明.计算机控制系统分析与设计.北京：中国电力出版社.2000.8
2 增圻.计算机控制理论与应用.北京：清华大学出版社.1989
3 德官.过程控制系统微机接口技术.东南大学出版社.1990.12
4汪军，郑冬梅，方辉钦等.第3代水电厂计算机监控系统及其在水口电厂的应用.水电自动化与大坝监测，2004，28（2）

潘三林(1969- ) 男，工程师，从事电厂安全生产技术管理工作。E-mail:xiaoqianfeng30@sina.
吴正义(1968-) 男，高级工程师，从事水电站监控技术和经济运行的研究开发工作。E-mail:wuzy@nari-china.

Open distribution supervisory puter control ' applications in shanxi water project construction Pansanling Wuzhengyi
【Absract】 The plex geology conditions in Shanxi water control project engineering , the long fiber optical lines and widely distributed automatic electronic ponents and other technological problems all need to be settled. This paper is based on the analysis of the reliability of the and our plant's supervisory puter control systems,and such reliability is the decisive factor of the whole supervisory puter control systems. Finally we determine to joint the three place together to build a rig and use such full-open supervisory puter control systems.
【Key words】Full-open distribution supervisory control systems；Open distribution supervisory puter control ；Wenzhou control center； Zhaoshandu hydropower plant；Shanxi hydropower plant; Qvxi control center